既有城市軌道交通線路開行大站快車影響因素及方案研究

于德涌

（深圳地鐵建設集團有限公司，廣東深圳 518027）

近年來，隨著我國經濟的發展，一、二線城市規模不斷擴大，從單一中心城區逐步向“一核多中心”的模式發展。為支持市域周邊組團的可持續發展，滿足主城區和市域組團間客流通勤、通學的出行需求，城市軌道交通線路也逐步向市域范圍延伸，許多既有線路承擔了較多的市域客流運輸功能。其中絕大多數線路采用站站停的列車運營模式，這些線路在運營中通常存在運營速度偏低、列車運行時間長、部分車站乘降量小等問題。為解決上述問題，本文探討在既有城市軌道交通線路開行大站快車，采用快慢車結合的行車組織方式，以滿足不同人群對交通出行的不同需求，提高服務質量。

1 大站快車運營模式及優缺點分析

1.1 大站快車定義及特點

大站快車（以下簡稱“快車”）是指僅停靠線路中客流量較大車站的列車，是相對于停靠所有沿途車站的站站停列車（以下簡稱“慢車”）而言的[1]，這2種列車的停站示意圖如圖1所示。由于快車停站次數比慢車少，因此其旅行速度更高。相關研究表明，對于常規城市軌道交通線路（最高運行速度為80 km/h的線路），快車減少1次停站可節約1 min左右，具體包含起停附加時間約30 s，停站時間約30 s[2]。

圖1 快慢車停站示意圖

1.2 運營模式

采用快慢車結合的行車組織方式時，快車的具體運營模式有2種：①快車越行模式；②快車不越行模式。快車越行模式是指慢車在越行線避讓，快車越行慢車的運營模式，如圖2a所示；而快車不越行模式是指快車不越行慢車，快慢車追蹤運行的運營模式，如圖2b所示。

圖2 快慢車結合時的快車運營模式示意圖

1.3 優缺點分析

當采用快車越行模式時，需要在線路中間的部分車站設置越行線，以方便慢車在此避讓從正線快速通過的快車，因此會帶來慢車“更慢”的問題。此外，還需要在線路上設置部分越行站，越行站的布置方式一般有雙島正線外側（方式1）、雙島正線內側（方式2）、單島正線外側（方式3）及雙側正線內側（方式4）4種，如圖3所示。其中，方式1和方式3適用于地下車站，方式2和方式4適用于高架或地面車站。在方式1和方式2中，快車利用正線快速通過車站，越行線是慢車避讓線。這2種方案的優點是配線功能全面，快車在不越行時可在正線停車上下乘客，而且快車和慢車使用的到發線固定，便于乘客識別；缺點是車站規模較大，而且由于正線臨靠站臺，快車通過站臺時需限速。方式3和方式4的優點是車站規模較小，正線不臨靠站臺，快車通過車站時無需限速；缺點是快車無停站條件，運營的靈活性不強。由此可見，若既有城市軌道交通線路采用快車越行模式，需要對車站進行工程改造，導致土建工程投資大幅增加，因此在客觀上限制了此運營模式在既有城市軌道交通線路上的推廣。

圖3 越行站布置方式示意圖

而采用快車不越行模式時，由于慢車不需要避讓快車，因此不會出現慢車“更慢”的問題；而且不需要設置越行線或越行站，省去了車站工程改造方面的投資。因此，該模式將成為我國既有城市軌道交通線路開行大站快車的首選模式。

2 既有線路開行快車的影響因素分析

2.1 客流特點

從運輸需求的角度看，停站方案是否符合客流空間分布特征是判定其適應性的基本依據，其中最關鍵的因素是各站點的上、下車客流量。每條線路上各站點的上、下車客流量分布并不是絕對均衡的，其空間分布特征可用不均衡系數和標準偏差2個指標進行描述。實踐證明，各站點上、下車客流量不均衡程度較高的線路（尤其是長距離乘客出行比例較大且某些車站直達客流較多的線路）適合開行快車，可較好地發揮其客流集散的作用。

根據上、下車客流量的不均衡程度，可以確定快慢車的開行比例。通常情況下，不均衡程度越高，快車的開行比例應越大。但從保障服務水平的角度考慮，快慢車開行比例的確定還應兼顧乘客平均運距，對于乘客平均運距較短的線路，增加慢車數量能夠最大限度地滿足短距離乘客的出行需求。因此，在實際操作中，應對兩者進行綜合考慮。

2.2 線路通過能力

城市軌道交通線路通過能力是指在采用一定車輛類型、信號設備及行車組織方式的條件下，城市軌道交通線路各項固定設備在單位時間內所能通過的最大列車數[3]，可通過下式計算：

式（1）中，Nmax為單位時間（1 h）內線路某方向通過的最大列車數，列/h；I為列車最小行車間隔（取列車追蹤間隔時間和列車最短折返發車間隔時間中的最大值），s。

2.3 開行快車產生的線路通過能力損失

理論研究[4-8]發現，開行快車將會對線路通過能力造成損失。開行快車后，線路單位時間（1 h）內可開行的列車總對數N通過下式計算：

式（2）中，I為列車最小行車間隔，min；t節約為快車不停站所節約的時間，min/站；n快為單位時間（1 h）內快車開行對數，對/h。

由式（2）可知，開行快車數量越多，線路通過能力損失越大；同時，快車不停站所節約的時間越長，線路通過能力損失也越大。因此，高峰小時最大斷面客流量越大，需要開行的列車對數越多，則可供開行快車的線路通過能力就越小。

2.4 車輛配屬數

車輛配屬數也是影響線路開行快車的重要因素。通常城市軌道交通建成投入運營時的車輛配屬數是根據線路開通后第3年（初期）全日開行計劃要求確定的。目前，國內城市軌道交通線路初期購置的車輛數量一般可滿足列車按3～5 min的追蹤間隔時間運行，而后續再購置車輛則需要經過立項、研究、審批、招標、采購、生產、交車等一系列流程，通常需要3～5年甚至更長的時間。因此，可以考慮在線路初期還存在較大運輸能力富余的情況下，充分利用配屬車輛組織開行快車。

3 快車開行方案及其優化

本節以在建深圳地鐵14號線為例，根據其客流預測數據及設計線站位，研究其初、近、遠期的快車開行方案[9-10]。

3.1 線路概述

深圳地鐵14號線工程起自福田中心區崗廈北站，終于坪山區沙田站，串聯福田中心區、清水河、布吉、橫崗、龍崗大運新城、坪山中心區、坑梓、沙田等區域，覆蓋深圳市東部地區南北向交通需求走廊，是聯系深圳市中心區與東部組團的城市軌道交通快線。線路全長50.3 km，并預留進一步延伸至惠州的條件；設站18座，均為地下站；最高設計速度為120 km/h；車輛采用A型車8輛編組；設計最小行車間隔為2 min；初、近、遠期的列車高峰小時開行對數分別為14、24和27對；考慮到深圳市軌道交通網已較為成熟，初期車輛按滿足18對/h的開行計劃進行采購；線路沒有設置越行站和越行線的條件。

14號線現已全面開工建設，計劃于2022年底投入運營。

3.2 客流特征

根據客流預測分析，14號線早高峰小時斷面客流量大于晚高峰，客流量較大的方向為沙田站至崗廈北站方向，初、近、遠期早高峰小時斷面客流量及車站乘降量數據如圖4所示。由圖可知，初、近、遠期高峰小時最大斷面客流量分別為2.22、3.89和5.37萬人次/h，均位于布吉站—清水河站區間；乘降量較小的車站為六約北站、腫瘤醫院站、寶龍站及坪山廣場站4座車站。

圖4 14號線初、近、遠期客流特征

3.3 快車開行方案

由于14號線沒有設置越行站或越行線的條件，因此只能按照不越行模式開行快車。由3.2節的客流預測分析可知，該線有4座車站的乘降量較低，可作為快車不停靠車站。根據模擬牽引計算結果，快車不停站共可節約運行時間約5.3 min。若當前可實現的列車追蹤間隔時間為2 min，則快車扣除系數為4（相當于開行1對快車，占用了4對慢車的通過能力），據此可以計算出初、近、遠期快慢車高峰小時允許開行對數，計算結果如表1所示。

由表1可知，在實現2 min列車追蹤間隔的情況下，初期高峰小時可組織開行5對快車、9對慢車；充分利用初期配屬的18對列車則可開行3對快車、15對慢車；近、遠期由于高峰小時列車開行對數的逐步增加，線路的富余通過能力減小，分別僅可開行2對和1對快車。

表1 初、近、遠期快慢車高峰小時允許開行對數計算結果（追蹤間隔2 min）

若考慮運營初期各系統需要磨合及運營管理水平有待提高等因素，將列車追蹤間隔時間設置為2.5 min，則初、近期（當遠期最小追蹤間隔時間為2.5 min時，線路通過能力不足，故不討論）快慢車高峰小時允許開行對數計算結果如表2所示。

由表2可知，當列車追蹤間隔時間為2.5 min時，初期高峰小時可開行5對快車、9對慢車；充分利用初期配屬的18對列車則可開行3對快車、15對慢車；近期無富余通過能力開行快車。

表2 初、近期快慢車高峰小時允許開行對數計算結果（追蹤間隔2.5 min）

若希望進一步提高快車的旅行速度，則需要跳停更多的車站。假設跳停車站增加到6個，則快車的旅行時間與慢車相比可縮短8 min，按2 min的列車追蹤間隔時間計算，快車扣除系數將達到5。計算可得，初期高峰小時列車開行總對數為14對時，可組織開行4對快車、10對慢車；充分利用初期配屬的18對列車則可開行3 對快車、15對慢車。

3.4 優化方案

3.3 節中的方案均以慢車為主，快車為輔，這些方案有利于滿足不同距離乘客的不同出行需求，但卻難以提升線路的通過能力。若線路條件允許開行多種快車并采用以快車為主的行車組織模式，則會有不同的方案，并產生優化的效果。

下面將以開行慢車和2種快車（快車A和快車B）的行車組織模式為例進行分析。假設快車A停靠車站1、3、5、7、9、10，快車B停靠車站1、2、4、6、8、10，而且快車B追蹤快車A運行，其停站方案如圖5所示。

圖5 停站方案示意圖

經測算，當慢車與快車的開行比例為1 : 2（具體行車組織模式為快車A追蹤慢車，快車B追蹤快車A，慢車追蹤快車B，如圖6a所示）時，快車相對于慢車的扣除系數為3。然而，當慢車與快車的開行比例為1 : 4（具體行車組織模式為快車A追蹤慢車，快車B追蹤快車A，快車A追蹤快車B，快車B追蹤快車A，慢車追蹤快車B，如圖6b所示）時，快車相對于慢車的扣除系數為2。

圖6 不同快慢車開行比例下的行車組織方案

在此種行車組織模式下，快車B追蹤快車A時，這2種快車之間不會產生通過能力的占用關系，不會發生扣除；快車A追蹤快車B時，扣除系數很小；扣除主要在快車A與慢車間產生。隨著快車開行對數的增加，快車相對于慢車的扣除系數將逐步減小。由此可知，此種行車組織模式有利于開行更多的快車，在線路條件允許時，可大幅提升行車組織效率和乘客服務水平。

以深圳地鐵14號線為例，僅從運輸組織角度考慮，若慢車與快車開行比例為1 : 2，快車A和快車B交替停靠相鄰站點，按快車不停靠6座車站、列車追蹤間隔時間2 min計算，14號線目前的線路條件最多可允許開行8對慢車、16對快車，線路通過能力將顯著提高。

4 結語

本文對既有城市軌道交通線路開行快車方案進行了研究。研究結果表明，城市軌道交通線路在開通運營初期列車開行對數不多、部分車站乘降量持續較低的情況下，具備開行快車的條件和可行性。采用快車不越行的運營模式，無需對線路的土建工程進行改造，而且可滿足不同人群對交通出行的不同需求，提高城市軌道交通的服務質量，可為實現城市軌道交通的高質量運營提供參考和借鑒。